Ponte de Wien

Ponte de Wien: Aplicacións e Desafíos

A ponte de Wien é un compoñente crucial en circuitos AC, principalmente utilizada para determinar o valor de frecuencias descoñecidas. É capaz de medir frecuencias dentro do rango de 100 Hz a 100 kHz, cun nivel de precisión que xeralmente varía entre o 0,1% e o 0,5%. Máis aló da súa función de medición de frecuencia, esta ponte ten múltiples aplicacións. Empregase na medida de capacitancia, serve como elemento clave en analizadores de distorsión harmónica e é integral a osciladores de alta frecuencia (HF).

Unha das características definitorias da ponte de Wien é a súa sensibilidade á frecuencia. Esta sensibilidade á frecuencia, útil para os seus propósitos de medición, tamén presenta un desafío significativo. Alcanzar o punto de equilibrio da ponte pode ser unha tarefa complexa. Un factor importante que contribúe a esta dificultade é a natureza da tensión de alimentación de entrada. Nas situacións prácticas, a tensión de alimentación de entrada raras veces é unha onda sinusoidal pura; en cambio, adoita conter harmónicos. Estes harmónicos poden perturbar a condición de equilibrio da ponte de Wien, levando a medidas inexactas ou impedindo que a ponte alcance o equilibrio.

Para abordar este problema, incorporase un filtro no circuito da ponte. Este filtro conectase en serie co detector de nulo. Filtrando os harmónicos indeseables da señal de entrada, o filtro axuda a asegurar que a tensión que chega á ponte se aproxime máis a unha onda sinusoidal pura. Isto, por sua vez, facilita o logro dun punto de equilibrio estable e mellora a precisión e fiabilidade xeral das medidas realizadas coa ponte de Wien.

Análise da Condición de Equilibrio da Ponte

Cando a ponte alcanza un estado de equilibrio, o potencial eléctrico nos nodos B e C tornase igual, é dicir, V1 = V2 e V3 = V4. A tensión V3, que se expresa como V3 = I1 R3, e V4 (onde V4 = I2 R4) non só teñen a mesma magnitude senón que tamén a mesma fase, resultando nas súas formas de onda superpostas perfectamente. Ademais, a corrente I1 que circula polo brazo BD, a corrente I2 que pasa por R4, así como as relacións tensión-corrente I1 R3 e I2 R4, todas exhiben características en fase.

O descenso total de tensión no brazo AC é a agregación de dous compoñentes: o descenso de tensión I2 R2 a través da resistencia R2 e o descenso de tensión capacitiva I2/ ωC2 a través da capacitancia C2. Na condición de equilibrio da ponte, as tensións V1 e V2 coinciden precisamente tanto en magnitud como en fase.

A fase da tensión V1 alíñase co descenso de tensión IR R1 no brazo R1, indicando que a resistencia R1 está na mesma fase que V1. A adición fasorial de V1 e V3 ou V2 e V4 produce a tensión de alimentación resultante, refletindo o equilibrio eléctrico dentro do circuito da ponte.

Na condición de equilibrio,

Ao igualar a parte real,

Ao comparar a parte imaxinaria,

Ao substituír o valor de ω = 2πf,

O cursor da resistencia R1 e R2 conectanse mecánicamente entre si. Así, obtense R1 = R2.